论绝缘电阻在线检测技术研究

论绝缘电阻在线检测技术研究

任玄玄

湛江市建筑工程质量监督站广东省湛江市524039

摘要：随着电气的广泛应用和智能化大潮的席卷，越来越多的电力电子器件得到发展，同时电力电子设备应用范围也越来越广泛，随之而来的电气设备的安全性也越来越引起人们的广泛关注。根据大量的理论探究和试验论证表明：电气设备中的绝缘电阻的大小和电气设备绝缘性能好坏息息相关，这也是为什么我国计量法将绝缘电阻测试列为电气设备安全检测的强检项目。而传统的绝缘电阻检测仪器如绝缘多用表、兆欧表、数字多用表、以及耐压测试仪等都存在精度低且操作不方便、费时费力等缺点。而绝缘电阻在线检测技术能够在机器运行的同时就测量出绝缘电阻的值，能够实时监控机器的运行状态，及时发现并预测潜在的电气设备故障，预防事故的发生，大大减少了安全事故的发生。

关键词：绝缘；电阻；在线检测

绝缘电阻是指绝缘材料的电阻值大小，其值等于加在绝缘材料两端的电压U和流过绝缘材料的电流I之比。现在公认的人体能接受的最大电压值是36V，而我们日常接触的绝大多数电器的额定电压都远远超过了这一值，所以，为了让人们能够安全地使用这些电器，就需要绝缘电阻进行防护。以洗衣机为例，家庭用电的电压是220V，220V的电压可以保证洗衣机的电机正常运转，但是我们需要触碰洗衣机的外壳来操作洗衣机，那么，为了保障人的安全就需要在电机和外金属壳之间连接一个绝缘电阻降压，使外金属壳的电压低于36V。

一、绝缘电阻在线检测技术的发展

目前国外对于电力设备的绝缘性检测大多数是采用非在线检测的方式，针对一些特殊的设备会采用在线检测的方式。比如美国福禄克公司研制的精密电子测试仪器Fluck1508就是一款适用范围很广的精密工具，其可以对变压器、电缆和电动机等进行检测。相对于绝缘表的传统的检测工具，Fluck1508具有存储和记忆功能，能够将检测到的数据记录下来并存储在存储模块中方便日后查找。但是由于电力电子器件的绝缘电阻一般在几千欧至几百千欧，而Fluck1508的测量范围是10K到100M，所以Fluck1508在对电气设备进行绝缘性检测时，会因为被测电阻小而造成测量值与实际值偏差太大，因而Fluck1508在对电气设备进行绝缘性检测的时候还有很大的局限性。日本生产的3007A型绝缘电阻测量仪有检测迅速准确、灵敏度高、有报警装置的优点，但是其价格高昂，难以大规模推广使用。

国内目前主要采用绝缘电阻表等绝缘电阻测试仪对电气设备进行非在线检测，即定期或不定期地用绝缘电阻表对设备绝缘性进行检测。这种检测方法需要在电气设备停止工作并断电的情况下进行，但是有的电气设备需要长期加电工作，所以这种非在线检测方式费时费力还降低生产效率。我国航天总公司二院203所与北京为尔福公司携手合作，经过探究，最终成功研制出一款在线绝缘电阻测试仪。该仪器的设备参数如下表：

该仪器现在已用于齐鲁石化公司，但是因为分辨率不高导致测量结果和实际值的误差过大，所以这种设备也没有推广开来。

二、现有的绝缘电阻在线检测技术的方法和原理

1、绝缘电阻在线检测的设计要求和基本原理

对于绝缘电阻在线检测设备而言，应该满足如下的设计要求：

1）能够同时进行在线测量和非在线测量；

2）操作尽量简单，测量误差小，人机交互界面友好；

3）易于维修，可以在线编程和校核。

由于不同的电气设备之间会存在种种或大或小的差异，所以绝缘电阻在线测量装置要针对不同的电气设备进行优化，使测量结果尽量真实可靠。再根据设计要求对在线测量装置的操作进行简化，为其添加相应的显示系统和报警系统等等。

2、绝缘电阻在线检测的方法

现在世界上通用的绝缘电阻检测方法主要有以下几种：辅助电源法，无源接地法，兆欧表测量法，电压注入法以及低频信号注入法等等。下表总结了以上几种方法的优缺点：

无源接地测试方法的主要缺点就是当正绝缘电阻和负绝缘电阻相等并且等比例变化时，就无法用公式计算出Ｒ＋，Ｒ－的阻值，电压注入法能够克服这种缺点，以下是电压注入法检测原理。在下图中，待测装置由直流电源和电阻Ｒ＋，Ｒ－构成，电压注入法的最大特点就是加入了１个直流电压注入信号，电压经过升压整流后输入到电路之中。同时支路增加开关Ｓ３、Ｓ４，相比于无源接地法，这种方法能够测量兆级以上绝缘电阻，而且当正绝缘电阻和负绝缘电阻相等并等比例变化时，依然可以用公式计算出其阻值。

检测系统中的传感器将测得的信号传到中央处理器，中央处理器对信号进行分析和处理，中央处理器对信号的诊断分析方法主要为：逻辑诊断、模糊诊断、统计诊断三种。逻辑诊断是用“有”和“无”，或“好”和“坏”来表征电气设备绝缘电阻的诊断结果。逻辑诊断的缺点就是过于简单，诊断准确度不高；模糊诊断用“优”、“良”、“中”、“较差”、“差”来表征电气设备的绝缘值，具体到某一故障用“严重故障”、“中度故障”、“轻度故障”、“故障预警”、“正常”等来表征诊断结果；统计诊断将电气设备特征参数的分布情况纳入考虑范围内，虽然电气设备的特征参数不尽相同，但是其分布符合一定的统计规律，统计诊断在以往大量的试验数据以及长期的运行经验的基础上，综合各个因素之后确定合适的诊断。所以统计诊断准确度较高，但是需要长期的数据和经验积累，而且诊断方法复杂。

三、小结

绝缘电阻检测的根本目的就是为了能提前得知电气设备的绝缘状态是否正常，从而避免安全事故的发生。但是电气设备的绝缘电阻总是会因为老化或者受潮等因素的影响而出现安全事故，同时这些不良因素也会影响检测设备测得的数据而使其不准确。绝缘电阻在线检测技术能够实时自动检测绝缘电阻值的大小。检测到的信号通过信号分析系统分析之后，判断绝缘电阻的阻值是否正常，如果出现异常，可以通过报警系统发出警告，提醒人们注意安全并对电器设备进行维修。绝缘电阻在线检测技术的大规模应用和推广可以极大地减轻检修电器设备的工作量，大大提高了电气设备的安全性和可靠性。但是由于电气设备的多样性导致现在还没有发展出一种普遍适用的绝缘电阻在线检测技术，因此目前在线检测技术还远远称不上完善，测量手段也远远称不上完美，所以我们还需要继续努力，不断发展和探索新的检测方法。

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